列车前方轨道识别算法的设计与实现

摘要

近年来，随着城市轨道交通的快速发展，地铁、轻轨等列车的行车安全变得日益重要。障碍物检测系统通过辅助驾驶员排查列车前方轨道情况，提高了列车的行车安全性。对于障碍物检测系统，高效准确地识别出列车前方轨道至关重要。本研究基于列车车载前置摄像头采集到的图像，完成了对列车前方轨道的识别。识别过程主要分两步，首先是近距离轨道识别，然后是根据近距离轨道识别的结果得到种子点，以改进的引入方向的种子区域增长方法完成远距离轨道识别。
　　本研究主要内容包括：⑴对于近距离里轨道识别，采用的是现有的基于曲率映射图的轨道识别算法，并作了进一步的改进。其中，曲率映射图类似于模板匹配中的模板，不过更为细致。本文的改进主要体现在曲率映射图的创建上，在创建曲率映射图之前，建立了列车与不同曲率的理想轨道之间的位置关系。然后根据相机的内参及其相对列车的位置与姿态得到图像上每个像素点对应的理想轨道的曲率，即曲率映射图。整个过程不仅计算方便，而且得到的曲率映射图精度高。另外，在根据曲率映射图和输入图像的梯度图选取最匹配的理想曲率时，也作了一定的改进。⑵对于远距离轨道识别，提出了基于局部梯度信息的轨道识别算法，该方法一共分四步。首先根据图像梯度，设计一个度量，衡量菜一区域内的图像与实际轨道图像的相似度。然后根据近距离轨道识别的结果，得到初始的种子点（包括位置和方向）。接着在当前初始种子点的邻域内搜索一个最佳的位置和方向（相似度最高，并满足一定约束的）作为当前最佳种子点，并由当前最佳种子点延伸到下一个初始种子点。最后重复种子延伸过程，并联合左右钢轨一同进行，直到找不到满足一定约束的最佳种子点，从而完成远距离轨道的识别。⑶提出了基于两条已知间距的平行线的相机外参标定算法。该方法根据曲率为0，坡度不变的直线型轨道在图像上的位置标定得到相机外参，标定过程方便快捷。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的组织结构

1．4 本章小结

第2章 轨道、列车及相机之间的关系

2．1．1 列车的基本信息

2．1．2 轨道的基本信息

2．1．3 列车与理想轨道之间的关系

2．2 相机与列车之间的关系

2．3．1 相机成像原理

2．3．2 轨道平面与图像上的点的映射关系

2．3．3 图像上的点与轨道曲率的映射关系

2．4 本章小结

第3章 相机的标定

3．1．1 张正友标定法

3．1．2 标定结果与分析

3．2 标定相机外参

3．2．1 基于两平行线的外参标定算法

3．2．2 基于两平行线—垂线的外参标定算法

3．2．3 标定结果与分析

3．3 本章小结

第4章 近距离轨道识别算法

4．1．1 图像去噪

4．1．2 边缘检测

4．1．3 处理结果与分析

4．2．1 Hough变换

4．2．2 轨道识别

4．3．1 曲率及方向映射图

4．3．2 轨道识别

4．4 识别结果与分析

4．4．1 基于Hough变换的轨道识别结果

4．4．2 基于曲率映射图的轨道识别结果

4．5 本章小结

第5章 远距离轨道识别算法

5．1．2 轨道识别

5．2．1 区域梯度信息

5．2．2 轨道识别

5．3 识别结果与分析

5．3．2 基于区域梯度信息的轨道识别结果

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢